JPS5890385A - 複合耐摩部材の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超硬合金と鋼材または鋳鉄からなる複合耐摩部
材の製造法に関するものである。

従来、帆−Ｃｏ　１ｗＣ−ＴｌＣ−Ｃｏ等で代表される
超硬合金は切削工具、耐摩耗部材、耐衝撃工具等に広く
利用されているが、特に耐−摩耗部材として熱間圧延ロ
ールや線引ダイス等では超硬合金の靭性が鋼材に較べて
低いために超硬ソリッドで用いるとすれば必要以上に寸
法を大きくして安全係数を高めている。しかしながら、
超硬合金は主成分としての踊やＴｉＣ，ＴａＣが高価で
あり、製品としては極めて高くなり、省資源の上でも問
題があった。

この問題を解決するために通常は耐摩耗性を要する部分
のみに超硬合金を使用して鋼や鋳鉄との複合部材として
利用されている。この複合部材を製造するには、超硬合
金リングの内面に鋳物を鋳ぐるみ鋳造により接合し、そ
の内側に鋼製リングを冷し嵌め等により嵌合する方法や
超硬合金と鋼製部材の間に・Ａｇ　　等のロー材を入れ
て全体を６００〜９００℃で加熱することによって両者
をロー付けする方法がある。しかし、前者の方法では鋳
ぐるみ鋳造が作業性悪く加工性に劣り、また接合面の強
度が不充分である。まな後者の方法では全体を高温で加
熱する″ために超硬合金の熱膨張係数が鋼材の約１／２
であることから、ロー付面に熱応力が残り使用中に割れ
るとか、大きなものの製造が困難などの問題があった。

前者の方法でも熱応力の問題は同様である。またロー付
は法のものは、ロー付層が高温での疲労強度が弱く使用
時にロー付はずれ等の現象があり耐熱性が劣る。

超硬合金と鋼の直接接合が可能となれば、耐摩性が要求
される部分を超硬とし、靭性が要求される部分を鋼とす
る高靭性、高耐摩耗性の複合耐摩耗部材が可能となる。

特に工具においては耐摩耗性が要求される部分は僅かで
あり、大半は靭性が要求されている。

例えばドリル、ダイス、プラグ、パンチ等が代表的例で
ある。

超硬合金と鋼の接合では、界面にＦｅ　　と超硬が、２ 反応した脆化層（Ｆｅ５ＷｓＣ）が生成すること、また
超硬の熱膨張係数は鋼の１／２であることから、高温化
で反応させて接着させるとその熱膨張差Ｇため割れが発
生する。。

本発明は超硬合金と鋼材の接合法の改良により上述の如
く熱応力が発生せず、耐熱性が高い複合耐摩部材並びに
その製造コストを大巾に引き下げられる製造法を提供す
るものであり、従来不可能であった大型部°品も製造可
能にするものである。

本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、鋼材と超硬合金の
接合において接合面を１〜２Ｂの巾で溶解すれば完全接
合が可能であり、接合面に中間層を設けることなく直接
接養することが可能であり、この方法による複合部材は
従来、のものに較べて性能上も優れていることを見出し
たものである。

また、接合面を１〜ＱＮＬの巾で溶解させる方法として
、アーク溶接、　ＴｉＧ溶接等各種の方法があるが、電
子ビーム、レーザービーム等の高エネルギービームを使
用すれば熱伝導率の関係で当接面の鋼材側を優先的に溶
解し、超硬合金側の当接面の溶解した部−発ｎＦｅ　　
中に拡散し−て合金層を形成する。そｂｈめ超硬と鋼の
接合界面では脆化層の生成が見られないことを見い出し
た。

本発明者等は超硬合金と鋼の高エネルギービーム溶接が
実用化されていない利用について研究を重ねた結果、鋼
と超硬の溶接は容易であるが、溶接後に発生する熱キレ
ツが間（あることがわかった。特に超硬合金の熱膨張係
数は鋼の１／２であり、一方熱伝導率は鋼の２倍である
ことから、熱応力が発生しやすい。

本発明の特徴は高エネルギービームを超硬と鋼を溶接す
る際に少なくとも超硬側に熱伝導率の高い合金をヒート
シンクとして接触させ一該超硬合金と鋼の当接面の一部
、または全部が高エネルギービームにより、スリット状
に溶融凝固させ、超硬合金と鋼材を溶接接合することを
特徴とする複合耐摩部材の製造法にある。本発明に用い
る高エネルギービームが電子ビームまたはレーザービー
ムであることを特徴とする複合耐摩部材の製造法。

本発明に用いるヒートシンクとして超硬合金の熱伝導率
（０，２５〜０．１０　Ｃａｌ／Ｃ１ｌ　Ｓ、　”Ｃ）
よりも高いことを特徴とする。

本発明の効果について述べる。超硬合金と鋼の接合では
、単なる異種材料の接合と異なって、熱膨張係数、熱伝
導率が極端に異なる材料同志の接合であるため、熱応力
の発生しやすい溶接接合となる。このため溶接条件の選
定がポイントになる。

超硬と鋼の溶接で゛は熱伝導率が超硬の方が高いので、
溶接時に加えられた熱が超硬側に多く逃げる。

しかも不活性雰囲気や真空中では熱が材料にたまり、被
溶接部の温度上昇が著しい。（、トしたがって高エネル
ギービームにて溶接部のみ溶解することを目的としてい
るが、加えられた熱により材料が熱膨張し、結果的に割
れの原因となる。この対策としては溶接に加えられた熱
はなるべく多く放散させ、材′料の熱膨張差の影響をな
るべく少なくすることが望ましい。

大きな材料の溶接では溶接時間滲込み深さも太くなる。

電子ビームの入熱エネルギーｑ、は次式で与えられる。

Ｅ：加速電圧（ＫＶ）、■：ビーム電流（ｆｆｉＡ）Ｖ
：溶接速度、（ｃｍ／ｓｅｃ　）　Ｐ　”溶込み深さく
’Ｆ’）ここで溶接の溶込み深さを深くするには、ビー
ム電流を上げるか、溶接速度を小さくするしかない。よ
って１０〜２０Ｂの溶は込み深さを得ようとすると、溶
接時間が長くなり、材料に加えられる熱量も大きくなる
。

本発明者らはこれらの加えられた熱を素早く除去し、熱
膨張による割れを防止する方法を鋭意研究した結果、少
なくとも超硬側にヒートシンクとなりうる銅材を押しつ
けて熱を逃がせば解決しうろことを思い出した。なお超
硬側と網側双方にヒートシンクを設ければさらにその効
果は大きい。

なおヒートシンクになりうる材料は超硬合金の熱伝導率
より高い方が望ましい。超硬より低い場合は逆に熱が篭
ることになり、その効果は少ない。

次に本発明の実施態様について説明する。

超硬合金と鋼材が比較的小さい場合、即ち接合面が小さ
い場合は第１図に示す如く当接面の全面にわたり鋼材側
を１〜Ｂｊｃｍ巾で溶融して接合するが、熱間圧延ロー
ル（モルガン四−ル等）の如く大型耐摩部品あ場合は接
合端面の２０１３Ｌ以下の深さで溶融させれば充分であ
ることが種々の実験により判明した。普通の場合５〜１
５ＪＩＸの溶接面で充分である。

伺当接面に照射する高エネルギービームとしては電子ビ
ーム、レーザービームが接合精庫８の上で好ましく、鋼
材、超硬合金の酸化防止のため非酸化性雰囲気又は真空
中が必要であり、特にガス抜きの点で真空中が望ましい
。

第２図は熱間圧延ロールについての実施例を示す断面図
であり、超硬合金リング５の内側にＳＣＭ２１の如き鋼
材リング６を冷し嵌めにより嵌合し、両者の当接面Ａの
端部に電子ビーム８を照射し、鋼材側当接面に溶融層７
を形成せしめ超硬合金リング５と鋼材リング６とを接合
している。

第８図は超硬リングたヒートシンクとして銅の受は台８
、超硬を冷やすカバー９を設けた例を示す。

このようにすれば最も応力のか＼る中央部は超硬合金と
鋼材との直接接合であり接合層によるキレツの発生の心
配がなく、全体として疲労強度も高く　シーる。

実施例 外径１５９ａｍ夏、内径８７ＩｕＬｉｔ、厚み７０１に
の第２図の如きモルガンロールにおいて、超硬合金部分
を外径１５９　ｊｌＪＬ’　ｅ内径１２Ｂ−に加工し、
鋼材（ＳＣＭ２１〕　を外径１２８Ｂ＊、内径８７Ｕ＊
に加工した。この鋼材リングの外周面のみを滲炭しない
ように保護して、内周お工び上下面を滲炭焼入れした。

第８図に示す銅冶具８．９を用意し、超硬合金リングと
滲炭焼入れした鋼材リングを冷し嵌めに−て両者を当・
接密着した後、銅受台８にセットし、超硬外周に銅冶具
９を密着させた。この当接面Ｃの端面円周状に、電子ビ
ームを、電圧６０ＫＶ、電流９０戯、速度８００　＃Ｉ
ｘ／分、真空の条件でビームが、超硬合金側と鋼材側当
接面に当るように照射した。

得られたロールの鋼材側に１．０〜１，５既の巾、深さ
１５Ｕの溶接層が見られ、超硬合金側当接面は全熱溶解
することなく両者は完全に接合していた。次にこのロー
ルの圧環強度を測定したところ、５１．３）ンであった
。なお従来のロー付は法によって製造した同寸法の複合
ロールの圧環強度は２７トンであり約２倍の強度であっ
た。

本発明により、密着強度が強く、接合後の応力が存在し
ない耐摩耗部材が精度高くしかも安価に製造することが
出来た。

本発明を利用し得る範囲としては超硬合金と鋼材又は鋳
鉄部材とを接合した複合工具のすべてに適用可能であり
、熱間圧延−−ル、鋼材切断用スリッターは勿論、ドリ
ル、パンチ、バイト、ホブ等の工具にも適用可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する超硬合金円柱と鋼製円
柱の複合部材の断面図、第２図は本発明の実施例の１つ
を示す複合−−ルの断面図、第８図は同様本発明の実施
例における鋼材リングの平面図（イ）とその正面図（ロ
）である。−１，５：超硬合金部材、２．６：鋼製部材
、３：高エネルギービーム、８，９：ヒートシンク、Ｃ
：当接面。 芳１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）超硬合金と鋼製部材からなる複合耐摩部材の製造
   において、超硬合金と鋼製部材が直接当接しており、少
   なくとも超硬合金あるいは鋼材の溶接部以外の部分に熱
   伝導率の高い合金をヒートシンクとして当接させ、該超
   硬合金と鋼材の直接当接面の一部または全面が高エネル
   ギービームによって、スリット状に溶融、凝固させ、超
   硬合金と鋼材を藩接接合することを特徴とする複合耐摩
   部材の製造法。
2. （２）　高エネルギービームが電子ビームまたはレーザ
   ービームであることを特徴とする特許請求の範囲第（１
   ）項記載の複合耐摩部材の製造法。
3. （３）ヒートシンクとして用いられる金属の熱伝導係数
   が超硬合金のそれよりも高いことを特徴とする特許請求
   の範囲第＜１）項記載の複合耐摩部材の製造法。